CN105022384A - 火电厂高压变频器控制器的低电压穿越闭环仿真测试方法 - Google Patents

Abstract

一种火电厂高压变频器控制器的低电压穿越闭环仿真测试方法，所述方法在RT-LAB实时仿真平台中构建火电厂高压变频器装置的仿真模型，并将高压变频器控制器接入所述仿真模型；高压变频器控制器接收仿真模型采样，仿真平台功率放大器输出获得的模拟电压、电流信号后经过计算处理，高压变频器控制器输出数字脉冲信号通过仿真机数字量接口反馈到软件模型中的IGBT模块中从而形成闭环；通过在仿真平台设置三相电网模型实现电压的瞬间跌落，实现检测高压变频器控制器是否具备高、低电压穿越能力。本发明可以有效的给高压变频器或者其它重要电力系统控制保护装置提供一个模拟真实工况的环境，全面的检测控制器的所有功能和其动态控制性能。

Description

火电厂高压变频器控制器的低电压穿越闭环仿真测试方法

技术领域    

本发明涉及一种火电厂高压变频器控制器的低电压穿越闭环仿真测试方法，属火电厂高压变频器仿真测试技术领域。

背景技术    

    近年来，因重要辅机低压跳闸引起的事故停炉，在全国范围内的火电厂中时有发生。国家电网对于火电厂一类辅机的定义是短时（小于5s）中断供电将会造成设备损坏、机组停机或机组输出功率大量下降，影响电网安全运行的辅机。一类辅机主要有：引风机、送风机、一次风机、二次风机、电动给水泵、凝结水泵、循环水泵、给煤机、给粉机、空气预热器、增压风机、冷却风机等。

火电厂由低电压引起跳机问题引起电网公司高度重视。2011年1月某日，某火力发电厂室外互感器损坏导致电网500kV系统接地故障，使得正在运行的本厂和周边电厂各1台600MW机组由于给煤机电源电压低跳闸（低电压最长时间为0.6s），一个电网内2台600MW机组同时停运，对电网安全运行构成巨大威胁；2013年国内某火电厂也因为高压变频器的低压穿越没达到应有的能力，造成了变频器的跳闸事故，造成了巨大损失；某石化公司热电厂变频控制的锅炉给粉机在厂用电停电切换或系统晃电的情况下，都分别出现过给粉机全停导致锅炉停炉的事故，给机组和化工装置生产造成巨大的损失。

    因此火电厂辅机的低电压穿越能力非常重要。低电压穿越是指变频器及供电对象设备外部故障或扰动引起的暂态、动态或长时间电源进线电压降低到规定的低电压穿越区内时，能够可靠供电，保证供电对象的安全运行。火电厂需要长期在易燃、易爆、高温高压环境下连续运行，任何的突发事件，特别是突发的电网电压跌落或瞬间掉电事故都将会造成装置、关键设备等的重大损坏，同时DCS内的连锁反应较为复杂，一个变频控制的辅机的跳闸都会影响到整个机组的正常运行。而当电网发生电压波动或者厂用电系统内部发生故障，比如雷击、电气设备短路、断路、接地等导致电压波动时，都会引起变频器的跳闸。致使辅机跳闸，从而造成停炉、停机事故。

至今为止大部分的高压变频器低电压穿越试验都是在现场直接做试验的，可是高（中）压变频器如果要在现场做实际试验有以下几个缺点：一是工作量大、成本高，试验时，高中压一类辅机包括引风机、送风机、一次风机、二次风机、电动给水泵、凝结水泵等，如果要做现场测试需要在现场搭建多个测试环境，才能把所有类型功能的变频器做一次完整的测试，所需工作量非常大，整个测试周期会非常长；二是危险性高，现场测试需给被测变频器接入真实的高电压和大功率模块，在做测试时存在变频器或者变频器控制对象损坏的风险；三是测试项目具有局限性，现场的实际试验还因现场的条件有限无法全方位模拟现场的各种工况，具有非常大的局限性，无法完全按照要求做全面完整的试验。

发明内容    

本发明的目的是，为了解决的问题高压变频器低电压穿越试在现场直接做试验存在的问题，本发明提出一种火电厂高压变频器控制器的低电压穿越闭环仿真测试方法。

实现本发明的技术方案是，一种基于RT-LAB的火电厂高压变频器控制器的低电压穿越闭环仿真测试方法，在RT-LAB实时仿真平台中构建火电厂高压变频器装置的仿真模型，并将高压变频器控制器接入所述仿真平台；在开发测试计算机仿真软件中搭建仿真模型，将仿真模型下载到目标仿真机中，通过物理链接将仿真模型输入、输出数字量与目标仿真机Ｉ／Ｏ端口对应，模拟量通过功率放大器进行信号的调理放大；高压变频器控制器通过仿真平台功率放大器物理输出端口获得的模拟电压、电流信号，通过仿真机Ｉ／Ｏ端口获得数字量，高压变频器控制器采集仿真平台功率放大器模拟电压、电流信号，经计算处理，输出数字脉冲信号；数字脉冲通过仿真机数字量接口反馈到软件模型中的IGBT模块中从而实现闭环；通过在仿真模型设置三相电网模型高、低电压幅值及响应的时间，实现模拟量输出的变化，从而检测高压变频器控制器是否具备高、低电压穿越能力。

本发明可以有效的给高压变频器提供一个模拟真实工况的环境，全面的检测控制器的高、低电压穿越功能及其动态控制性能。所述仿真模型结构包括△-Y移相变压器、功率模块单元和电机模型；△-Y移相变压器的输入端连接高压电源，输出端连接功率模块单元；功率模块单元输出至电机模型；功率模块单元由U、V、W三相功率模块单元组成，每个功率模块单元包括多个功率模块串联组成，功率模块单元的串联数量根据驱动电机的电压决定；

所述功率模块为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到单相交流输出；每个功率模块结构及电气性能上完全一致。

所述高压变频器控制器通过采集功放输出的电压、电流信号，经过计算处理之后，输出数字脉冲信号，目标仿真机I/O板卡在接受到数字信号之后，驱动仿真模型中的模块单元IGBT动作输出电压，从而带动电机模型，实现了半实物闭环仿真。

所述电压的瞬间跌落按120%Ue、60% Ue、90% Ue、130 Ue %并进行时间设置；因电压跌落瞬间，电流急剧上升，变频器控制器检测电压、电流变化之后，能否通过调节输出数字脉冲稳定输出电压、电流，从而实现检测高压变频器控制器是否具备高、低电压穿越能力；Ue为高压10KV的额定电压。

本发明的有益效果是，本发明建立一套基于RT-LAB数字实时仿真的半实物仿真测试平台做低电压穿越测试，可以有效的给高压变频器提供一个模拟真实工况的环境，通过硬件在回路的半实物仿真测试原理，很好的实现高压变频器控制和数学模型之间的交互，全面的检测控制器的低电压穿越能力和其动态控制性能。由于本发明通过基于RT-LAB的半实物仿真平台在实验室做控制器在回路测试，就完全不会对设备或者现场造成损坏的风险，测试项目非常灵活，只要在数字仿真模型中进行建模就可以对各种等级各种工况下的高压变频器进行低压穿越测试，并且这套RT-LAB半实物仿真平台一旦建立，对于同类型的变频器可以大大缩短测试周期，降低测试人力物力的投入，并且全面的对其低压穿越能力进行检测，能够提前检测出问题或者故障复现便于故障的调查。对于现场无法进行的试验比如短路、接地等故障都可以非常方便的在半实物仿真平台的模型当中实现。

附图说明   

图1是本发明高压变频器结构拓扑图；

图2是本发明高压变频器半实物仿真系统结构示意图；

图中，1是试验管理分系统；2是实时仿真分系统；3是信号接口分系统；4是用户设备。

具体实施方式

    本发明的具体实施方式如下：

图1 所述为本发明高压变频器仿真结构的拓扑电力电子模型，该模型包括： 10KV高压进线电源、△-Y移相变压器、功率模块单元和电机模型。△-Y移相变压器的原边连接10KV高压进线电源，副边连接功率模块单元，功率模块单元的各功率模块串联之后与电机模型连接。

功率模块单元包括多个功率模块串联，功率模块的数量根据驱动电机的电压决定。

仿真模型搭建完成之后，将仿真模型下载到目标仿真机中，同时设置仿真模型输出接口与硬件板卡接口实现链接。

图2为本发明的高压变频器半实物仿真系统的结构示意图。高压变频器半实物仿真系统包括试验管理分系统、实时仿真分系统、信号接口分系统和被仿真设备。火电厂高压变频器实物控制器通过实时仿真分系统IO板卡及功率放大器与目标仿真机内部仿真模型实现结合。

通过在仿真模型中，高压电源模型设置低电压时间、幅值，通过IO板卡及功率放大器输出，火电厂高压变频器实物控制器接收到模拟电压信号之后，其输出数字脉冲至功率模块单元，从而实现改变电机模型电压、电流的改变，实现了闭环控制仿真。

    

Claims (4)

1.一种火电厂高压变频器控制器的低电压穿越闭环仿真测试方法，其特征在于，所述方法在RT-LAB实时仿真平台中构建火电厂高压变频器装置的仿真模型，并将高压变频器控制器接入所述仿真平台；在开发测试计算机仿真软件中搭建仿真模型，将仿真模型下载到目标仿真机中，通过物理链接将仿真模型输入、输出数字量与目标仿真机Ｉ／Ｏ端口对应，模拟量通过功率放大器进行信号的调理放大；高压变频器控制器通过仿真平台功率放大器物理输出端口获得的模拟电压、电流信号，通过仿真机Ｉ／Ｏ端口获得数字量，高压变频器控制器采集仿真平台功率放大器模拟电压、电流信号，经计算处理，输出数字脉冲信号；数字脉冲通过仿真机数字量接口反馈到软件模型中的IGBT模块中从而实现闭环；通过在仿真模型设置三相电网模型高、低电压幅值及响应的时间，实现模拟量输出的变化，从而检测高压变频器控制器是否具备高、低电压穿越能力。

2.根据权利要求1所述的火电厂高压变频器控制器的低电压穿越闭环仿真测试方法，其特征在于，所述仿真模型结构包括△-Y移相变压器、功率模块单元和电机模型；△-Y移相变压器的输入端连接高压10KV电源，输出端连接功率模块单元，功率模块单元至电机模型；功率模块单元由U、V、W三相功率模块单元组成，每个功率模块单元包括多个功率模块串联组成，功率模块单元的串联数量根据驱动电机的电压决定；

所述功率模块为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到单相交流输出；每个功率模块结构及电气性能上完全一致。

3.根据权利要求1所述的火电厂高压变频器控制器的低电压穿越闭环仿真测试方法，其特征在于，所述高压变频器控制器通过采集功放输出的电压、电流信号，经过计算处理之后，输出数字脉冲信号，目标仿真机I/O板卡在接受到数字信号之后，驱动仿真模型中的模块单元IGBT动作输出电压，从而带动电机模型，实现了半实物闭环仿真。

4.根据权利要求1所述的火电厂高压变频器控制器的低电压穿越闭环仿真测试方法，其特征在于，所述电压的瞬间跌落按120%Ue、60% Ue、90% Ue、130 Ue %并进行时间设置；因电压跌落瞬间，电流急剧上升，变频器控制器检测电压、电流变化之后，能否通过调节输出数字脉冲稳定输出电压、电流，从而实现检测高压变频器控制器是否具备高、低电压穿越能力。